TWI413740B - 具有色彩控制之照明裝置及照明方法 - Google Patents

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Description

具有色彩控制之照明裝置及照明方法 相關申請案交互參照
本案主張2006年5月31日提出申請之美國臨時專利申請60/809,461號的利益。該臨時專利申請案於此以參考方式併入。
本發明係關於一種照明裝置，且尤其係關於一種維持及/或調整光輸出之色彩及光輸出之強度的照明裝置。特別是，本發明係關於在包含一或多個固態光發射器之照明裝置內提供如此之色彩控制。本發明亦指一種在包含一或多個固態光發射器之照明裝置內提供色彩控制之照明的方法。
在美國每一年產生的電力中有一個很大比例係用於照明(有些人估計高到大約為25%)。依此，存在有提供更高能量效率之照明的持續需求。白熾燈泡是效能很低的光源是眾所周知的－大約90%的電消耗釋放成為熱而不是光。螢光燈泡比白熾燈泡更具效率(大約10倍因子)，但是與固態光發射器例如發光二極體相比仍是較不具效率的。
此外，與固態光發射器例如發光二極體的正常壽命相比，白熾燈泡具有相當短的壽命，也就是典型地在大約750－1000小時附近。例如做為比較，發光二極體具有在50,000及70,000小時之間的典型壽命。螢光燈泡比白熾燈具有更長的壽命(例如10,000－20,000小時)，但是提供較不令人喜歡的顏色再現。
顏色再現典型地使用顏色演色性係數(CRI Ra)測量。CRI Ra是相對測量的修正平均值，其表示當以八個參考顏色照射時，照明系統的顏色演色性與參考輻射體之顏色演色性比較的結果，也就是當以特殊的燈照射時，物體表面顏色偏移的相對測量。如果由照明系統照亮之一組測試顏色色座標與由參考輻射體照射的測試顏色色座標相同，那麼CRI Ra等於100。晝光具有高CRI(Ra大約為100)，白熾燈泡也當相接近(Ra比95大)，而螢光燈不那麼準確(典型的70－80 Ra)。某些類型的專門照明具有很低的CRI(例如水銀蒸汽或是鈉燈，具有大約40或是甚至更低的Ra)。鈉燈係使用於，例如，照明高速公路。然而，駕駛人的反應時間係隨著較低的CRI Ra值而大幅減少(對於任何給定的亮度而言，易讀性係隨著較低的CRI Ra而減少)。
傳統之燈光設備面對的另一個問題是需要定期更換這些照明裝置(例如燈泡等等)。這種問題在很難接近(例如拱頂天花板、橋樑、高建築物、交通隧道)以及/或是更換費用極高時特別顯著。傳統燈光設備的典型壽命大約是20年，相應於使用光產生裝置至少大約44,000小時(基於每天6小時使用20年)。光產生裝置的壽命典型地短很多，因而產生週期性更換的需要。
依這些及其他的原因，正在進行努力以在各種應用中發展可以使用固態光發射器來替代白熾光、螢光燈及其他光產生裝置的方法。此外，在發光二極體(或是其他的固態光發射器)已經使用的地方，各種努力正在進行以提供改進的發光二極體(或是其他固態光發射器)，例如針對於能量效率、演色性係數(CRI Ra)、對比、效率(lm/W)、成本以及/或是使用年限。
多種固態光發射器是習知的。舉例而言，一種固態光發射器之型式係為一個發光二極體。
發光二極體是半導體裝置，其將電流轉變成光。各種的發光二極體在越來越多樣化領域中用於持續擴充的用途範圍。
更特定地，發光二極體係一種半導體裝置，當在跨越一個P－N接面之結構施加一個電位差時發出光(紫外、可見或是紅外光)。許多發光二極體製作及許多相關架構的是習知的，並且本發明可以使用任何的這種裝置。例如，Sze所著的半導體裝置物理(1981第二版)的第12－14章及Sze所著的現代半導體裝置物理(1998)的第7章描述各種光子裝置，包括發光二極體。
“發光二極體”的表達在這裡用來指出基本的半導體二極體架構(也就是晶片)。(例如)在電子商店中出售、普遍認定及商業上可取得的“LED”典型地代表一個由一些構件組成的“封裝”裝置。這些封裝裝置典型地包括基於半導體的發光二極體，例如(但不局限於)在美國專利4,918,487；5,631,190；及5,912,477中描述的各種線連結以及封住發光二極體的封裝。
如眾所周知的，發光二極體產生光的方式係透過將電子激發跨越半導體主動(發光)層之導電能帶及價能帶之間的能隙。電子躍遷產生一個波長的光，該波長取決於能隙。因此，由發光二極體發出的光顏色(波長)取決於發光二極體之主動層的半導體材料。
雖然發光二極體之發展係已經以許多方式進化照明工業，發光二極體之某些特性係已經呈現出挑戰，某些挑戰係已未被完全處理。
因為感知為白色光必需是二個或二個以上顏色(或是波長)的光混合，還沒有發展出單一發光二極體接面可以產生白光。“白光”發光二極體燈已經產生，其具有由各別紅、綠及藍色發光二極體形成的發光二極體像素。另一個已經生產的“白光”LED燈包括(1)一個產生藍光的發光二極體以及(2)一個發出黃光的發光材料(例如磷光體)，其對發光二極體發出的光激發產生反應而發出黃光，因此當藍光及黃光混合時產生一個感知為白色的光。
另外，混合主要色彩以產生非主要色彩的組合通常在此技術中以及其他技術中為人所熟知並且了解的。一般而言，1931年國際照明委員會色度圖(國際照明委員會色度圖(CIE色度色度圖)，建立於1931年對於主要色彩之國際性標準)，以及1976年國際照明委員會色度圖(類似於1931的圖解，但是經過修改使得在圖解上的類似距離表示類似的色彩差異)，提供對於定義色彩為主要色彩的加權總合之有用參考。
有效率之白光LED燈之CRI Ra相較於白熾光源(具有100之Ra)通常為低的(在65－75範圍中)。此外，LED之色溫通常為“較冷”(~5500K)，且較白熾燈泡或CCFL燈泡之色溫(~2700K)為非所欲的。在LED中之此等缺點可以藉由添加所選擇的飽和色彩之其他LED或發光件(lumiphor)而改善。如同以上所顯示，根據本發明之光源可以使用：特定色彩的色度座標(x，y)之光源之特定色彩“混合”(參考於2005年12月21日所提出申請之美國專利申請案號60/752,555，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Antony Paul van de Ven與Gerald H.Negley)，其整個內容在此併入參考)。例如，來自額外選擇的飽和來源之光線可以與寬光譜源之光線混合，以提供均勻照明，而不會有任何變色區域；以及如果想要的話，為了修飾之理由，可以將個別光線發射器製成為：當直接觀看此照射源或隙縫時，其並非可見的，而為不引人注意的裝置或色彩區域。
發光二極體可以因此而使用於獨立的使用或是以任何的組合使用，可以選擇性的與一種或兩種發光材料(例如，磷光體或是閃爍物質)以及/或是濾光器，以產生任何所欲求的感知光(包含白光)。因此，欲將發光二極體光源替代既有光源的努力領域，例如改進能量效率，演色性指數(CRI Ra)，效率(lm/W)以及/或是服務的年限，並不受限於任何特定的色彩或是光的混合色彩。
各種發光材料(也叫作發光件或是發光物體媒介，如同在美國專利6,600,175號中揭露的，其在此以做為參考的方式併入)是眾所周知的並且熟習該項技術者可以使用。例如，磷光體是當由激發輻射光源激發時可以發出反應性輻射(例如可見光)的一種發光材料。在許多例子中，該反應性輻射具有與激發輻射波長不同的波長。發光材料的其他範例包括閃爍體、日螢光膠帶及墨水，其在用紫外光照射時發出在可見光譜中的光。
發光材料可以分類為減損轉換，也就是使光子轉變成較低能級(較長波長)的一個材料，或是增益轉換，也就是使光子轉變成較高能級(較短波長)的材料。
如在上面討論的，在LED裝置中內含發光材料的方法已經透過添加發光材料到清澈或是實質上透明的封裝材料(例如環氧樹脂基、矽基、玻璃基或是金屬氧化物基的材料)中完成，例如透過混合及塗佈的方法。
例如，美國專利6,963,166(Yano‘166)揭露一個傳統的發光二極體燈，其包括一個發光二極體晶片、一個以子彈型透明外罩覆蓋的發光二極體晶片、用來將電流供給發光二極體晶片的引線、及用來將發光二極體晶片的發光反射在相同方向的杯型反射器，其中該二極體晶片由樹脂第一部分封住，其進一步用樹脂第二部分封住。根據Yano‘166，樹脂第一部分係透過以樹脂材料填滿杯型反射器而獲得，然後在已經將發光二極體晶片安裝在杯型反射器底部之後將它硬化，然後使它的陰極及陽極透過電線電連接到引線上。根據Yano‘166，磷光體消散到樹脂第一部分中，使它由發光二極體晶片發出的光A激發，激發的磷光體產生具有比光A更長波長的螢光(光B)。一部份光A穿透包括磷光體的樹脂第一部分，結果光C作為光A及光B的混合被用來照明。
許多型式之固態光發射器係隨著時間劣化。舉例而言，眾所周知發光二極體係隨著時間劣化。此係意謂其係隨著時間減少亮度，例如，在大約50000小時之後成為一半亮度。不同型式之發光二極體係具有不同型式的劣化機制及不同的劣化速率。假如一個照明裝置係由以不同速率下劣化之不同型式的發光二極體，則隨著發光二極體劣化，由該照明裝置所發射之光的色彩係隨著發光二極體之每一個不同型式或色彩之比例改變而改變。
此外，周圍溫度係能夠導致自包含一或多個固態光發射器之照明裝置發射而來的光的色彩內的改變。舉例而言，整體而言，當周圍溫度增加時，由發光二極體所發射之光的量係減少。對於包含一個磷化铝銦鎵(AlInGaP)材料系統之紅色發光二極體而言，此係特別重要的。亮度減少係能夠多到每增加1℃為0.5%。
此外，某些固態照明裝置係由於封裝棕色化而經歷劣化。舉例而言，許多發光二極體係隨著時間劣化，大致上係由於封裝喪失其之透明性。
眾所周知的係使用感測器以監視由一個照明裝置所發射之光且測量該光的色彩及亮度，且接著調整不同色彩光源之相對強度，以“平衡”色彩回到白色(或者任何其他特定色彩，包含一個特定色彩溫度之白光)，且維持需要的亮度量。舉例而言，如此之配置係已經被使用於發光二極體視訊顯示器及於使用發光二極體作為光發射器之液晶顯示器之中。
因此，係需要裝置及方法，藉由該些裝置及方法，即使一或多種不同型式之固態光發射器隨著時間於亮度上劣化，自一個包含一或多個固態光發射器之照明裝置發射而來的光的色彩(例如，白色光的色彩溫度)係能夠維持及/或調整。
本發明係關於如此之裝置及方法，亦即，關於裝置及方法，藉由該些裝置及方法，即使一或多種不同型式之固態光發射器隨著時間於亮度上劣化，自一個包含一或多個固態光發射器之照明裝置發射而來的光的色彩(例如，白色光的色彩溫度)係能夠維持及/或調整。
根據本發明，固態光發射器(例如，一種色彩型式)之一個子集及一個感測器係置放於該光之內。
於根據本發明之某些實施例中，參考固態光發射器及對應之發光固態光發射器係裝設於一個導熱基質(亦即，一個具有相當低熱阻之元件)上。
於本發明之一個第一態樣中，其係提供一種照明裝置，其係包含：一個第一群組固態光發射器；至少一個第一群組參考固態光發射器及一個第一參考感測器。
於本發明之此態樣中，該第一群組固態光發射器係包含至少一個第一群組固態光發射器。該第一群組固態光發射器及該第一群組參考固態光發射器(1)每一個係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.010，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.005，及/或(2)每一個係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內。
於本發明之一個第二態樣中，其係提供一種照明之方法，其係包含：提供一個第一電流大小的電流至一個第一群組固態光發射器；提供實質上第一電流大小的電流至一個第一群組參考固態光發射器；及偵測自該第一群組參考固態光發射器而來的光的強度。
於本發明之此態樣中，該第一群組固態光發射器係包含至少一個第一群組固態光發射器。該第一群組固態光發射器及該第一群組參考固態光發射器(1)每一個係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.010，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.005，及/或(2)每一個係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內。
於根據本發明之某些實施例中，該方法係進一步包含：調整提供至一個第二群組固態光發射器之電流至一個第二電流大小，例如，當由一個感測器偵測出之該第一群組參考固態光發射器之強度係減少時。
於根據本發明之某些實施例中，該方法係進一步包含：感測該第二電流大小，且假如該第二電流大小係達到一個特定值(例如，指示該第一群組參考固態光發射器係需要被更換之事實)，則發射一個訊號。
參照後附圖式及本發明之詳細說明，本發明可以更完全被瞭解。
如上文所述，於本發明之許多態樣中，其係提供一種照明裝置，其係包含：一或多群組固態光發射器；至少一個用於該群組或每一群固態光發射器之參考固態光發射器及一個用於每一群組之參考感測器。
於此所使用之“群組”詞語，係指具有一特定色彩或型式之固態光發射器。亦即，在一個參考固態光發射器係指用於一特定群組固態光發射器之下，該參考固態光發射器及其之固態光發射器係具有一特定色彩或型式，亦即，其係發射具有色彩座標(例如，於1976 CIE圖上)之光，其係於一指定範圍之內。因此，本發明之利益係能夠被提供，亦即，具有該色彩或型式之固態光發射器內之強度的任何劣化或減少將由具有相同(或類似)色彩或型式之參考固態光發射器以類似方式經歷，且如此之劣化或減少將由用於該群組之參考感測器所準確且可靠地偵測出。類似地，被稱為用於一特定群組之參考感測器係被使用於感測由一個用於該群組之參考固態光發射器所發射之光的強度。
對於每一個群組而言，該一或多個固態光發射器及該參考固態光發射器之每一個係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.010，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.005，及/或(2)每一個係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內。
在一個固態光發射器(或任何其他光發射器)係敘述為具有一特定色彩(或敘述為發射具有一特定色彩之光)，如此之敘述係意謂自該光發射器發射而來的光係對應於該1976 CIE圖上之一個特定點(或者相對於如此之點之一個特定△u’,v’之內，例如，不超過0.015、0.010或0.005)，亦即，自如此之光發射器而來的色彩係能夠飽和或未飽和。於此所使用之“飽和”詞語係意謂具有至少85%之純度，“純度”一詞對於熟習本項技術者而言係為眾所周知，且計算純度之程序對於熟習本項技術者而言係為眾所周知。
於此所使用之“發光”詞語，當指自一個發光二極體發射而來的光時，其係意謂至少某些電流係正被提供給該發光二極體，以導致該發光二極體發射至少某些光。“發光的”詞語係包含該發光二極體持續或間歇地於一個速率下發光，使得一個人類的眼睛係感知其為持續發光之情況，或者複數個具有相同或不同的色彩之發光二極體係正在以一個人類的眼睛可以感知其為持續發光(且於不同的色彩被發光之情況下，為這些色彩之混合)之方式，間歇地及/或交替地(具有重疊或不重疊導通時間)發光之情況。
任何期望的固態光發射器或複數個光發射器係能夠根據本發明而被採用。熟習本項技術者係知道且已經準備好使用廣泛範圍的如此發射器。如此之固態光發射器係包含無機及有機光發射器。如此之光發射器之型式的範例係包含廣泛範圍的發光二極體(有機或無機，包含聚合物發光二極體(Polymer Light Emitting Diode,PLED))，雷射二極體，薄膜電激發光裝置，發光聚合物(Light Emitting Polymer,LEP)，許多這些型式係為此業界所眾所周知(且因此，不需要詳細敘述如此之裝置及/或製造這些裝置之材料)。
個別的光發射器係能夠彼此類似、彼此不同或者任何組合(亦即，能夠為一種型式之複數個固態光發射器，或者每一個具有兩個或更多型式之固態光發射器)。
如上文所述，一種能夠改進的固態光發射器之型式係為發光二極體。如此之發光二極體係能夠自任何發光二極體(熟習本項技術者容易獲得及眾所周知之廣泛的種類，且因此，係不需要詳細敘述如此之裝置及/或製造這些裝置之材料)選擇出。舉例而言，發光二極體之型式的範例係包含無機及有機發光二極體，其之每一個的種類係為眾所周知。如此之裝置係能夠包含發光件，封裝件，導線架等等其他廣泛種類結構之任一個，該些裝置之每一個係為業界所熟知，且熟習本項技術者係能夠輕易地將如此之元件併入該些裝置之中。舉例而言，適合用於本發明之代表性的LED範例係包含敘述於2005年12月22日所提出申請之美國專利申請案號60/753,138之中，其標題名稱為“照明裝置”(發明人：Gerald H.Negley)，其整個內容在此併入參考，於該案中，發光二極體與一或多個發光件係一起包含於一個封裝之中，且該一或多個發光件係與該一或多個發光二極體間隔開，以達成改進的光取出效率。適合用於本發明之另外的代表性的LED範例係包含敘述於敘述於2006年1月23日所提出申請之美國專利申請案號60/761,310，其標題名稱為“藉由空間分隔發光件膜於發光二極體內移位空間內容”(發明人：Gerald H.Negley及Antony Paul van de Ven)，其整個內容在此併入參考，其中，兩個或更多個發光二極體係被設置，該些發光件係彼此間隔開。適合用於本發明之進一步代表性的LED(及其他固態發光裝置)範例係包含敘述於(1)於2006年5月26日所提出申請之美國專利申請案號60/808,702，其標題名稱為“照明裝置”(發明人：Gerald H.Negley與Antony Paul van de Ven；代理人文件案號931_009)，其整個內容在此併入參考；(2)於2006年5月23日所提出申請之美國專利申請案號60/802,697，其標題名稱為“照明裝置及製造方法”(發明人：Gerald H.Negley；代理人文件案號931_011)，其整個內容在此併入參考；及(3)於2006年5月26日所提出申請之美國專利申請案號60/808,925，其標題名稱為“固態發光裝置及其製造方法”(發明人：Gerald H.Negley與Neal Hunter；代理人文件案號931_010)，其整個內容在此併入參考。
根據本發明之每一群組固態光發射器係能夠包含任何期望數量之固態發射器。
許多種類之能夠偵測自一個參考固態光發射器而來的光之強度之感測器係為眾所周知，且可由熟習本項技術者所取得，且任何如此之感測器係能夠採用於根據本發明之裝置及方法中。舉例而言，接腳二極體係為眾所周知之感測器，其係能夠偵測自一個參考固態光發射器而來的光之強度(類似地，光伏特電池及其他裝置係能夠被使用於其之位置)。
由於例如周圍溫度改變、封裝透明度減損等等所造成之一個特定群組之參考固態光發射器的亮度變化係由該(些)感測器偵測出，感測器係諸如接腳二極體，且如此之減少的亮度係由一個反饋系統所補償，其係允許更多電流流經該群組之固態光發射器，以將該群組之亮度恢復回標稱值。
例如接腳二極體或發光二極體之感測器係可能由於持續曝露於熱、紫外光輻射及/或藍光而劣化。為了延長感測器之壽命，於根據本發明之某些實施例中，該些感測器係與一個固態光發射器及參考固態光發射器係裝設於其上之導熱基質熱隔離，且該些感測器係可選擇成能夠連接至一個散熱座。
另外，因為光發射器(例如，藍色及白色發光二極體燈及使用發光二極體之光發射器係使用一個具有一個藍色晶片之磷光體)係發射一些藍光及一些紫外光輻射，於根據本發明之某些實施例中，該參考固態光發射器之發射面及該參考感測器之間係包含一個濾光器，以衰減(或減少)到逹該參考感測器之紫外光及深藍光輻射之量。於某些如此之實施例中，該濾光器於480奈米及630奈米之間係實質上透明的，而於此範圍之外作衰減，熟習本項技術者係熟悉且能夠取得如此之濾光器。於此所使用之“實質上透明”詞語係意謂特徵化為實質上透明之結構係允許由該固態光發射器所發射出之具有該範圍內的波長之光至少90%通過。
於根據本發明之一個實施例的一個代表性範例中，發光二極體之兩個群組，群組1(具有黃光發光件之藍光發光二極體)及群組2(紅色發光二極體)，係被採用，第一及第二電源線係被提供；該第一電源線係包含串聯配置之所有群組1發光二極體及一個群組1參考發光二極體；且該第二電源線係包含串聯配置之所有群組2發光二極體及一個群組2參考發光二極體。於如此之實施例中，假如其係偵測到該群組1參考發光二極體之亮度減少一個第一百分比，則流經該第二電源線之電流係能夠減少，以補助該群組1發光二極體之亮度的明顯減少。或者，係能夠調整該第一電源線之電流及/或調整該第二電源線之電流，以調整結合的色彩回到一個期望的色調，而不需要將整個亮度帶回到原始的亮度。於此配置中，該感測器係能夠被選擇成僅偵測由光發射器群組或參考光發射器群組之一所發射之光。
額外的固態光發射器(例如，發光二極體第三群組，例如，其係具有一個於青綠色區域上的主要波長，且可選擇地，一個第四群組及/或一個第五群組等等)群組係能夠包含於該些發光裝置之中，且自所有個別群組而來的發光的色彩及/或亮度係能夠以一個類似的方式被調整及/或維持。
如上文所述，固態光發射器之額外群組係能夠包含於該些照明裝置之中，且發射之色彩及/或亮度係能夠以一個類似的方式調整及/或維持。
如上文所指示，於根據本發明之某些實施例中，參考固態光發射器在結構上係實質上與該照明裝置之一個發光部分內的對應的固態光發射器相同，且其係以實質上相同的電流量操作。此外，於根據本發明之某些實施例中，參考固態光發射器及對應的發光固態光發射器係皆裝設於一個導熱基質(亦即，一個具有相當低熱阻之元件)上，且/或該參考固態光發射器係與該發光固態光發射器串聯。於根據本發明之某些實施例中，為了確保參考固態光發射器之劣化係匹配發光固態光發射器之劣化，該參考固態發光二極體係與對應的發光固態發光二極體來自相同的生產批次。
於此所使用之“裝設於．．．上”詞語係意謂於一個第二結構上之第一結構係能夠與該第二結構接觸，或者能夠與該第二結構以一或多個中介結構(每一側，相對側，與第一結構、第二結構或中介結構之一接觸之側)分開。
“參考固態光發射器在結構上係實質上與該照明裝置之一個發光部分內的對應的固態光發射器相同”之語句係意謂該(些)參考固態光發射器及該(些)固態光發射器係包含相同的活動層，且於某些情況下，(1)個別光發射器之所有元件係具有相同的材質，(2)個別的光發射器係由相同的製造商製造，(3)個別的光發射器係來自相同的批次，(4)個別的光發射器之每一個係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.010，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.005，及/或(5)個別光發射器之每一個係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內。
“以實質上相同的電流量操作”詞語係意謂個別電流量係全部不超過5%或者電流係為比例化的，其係在於一電流內的一個百分比變動係與另一個電流內一個百分比係匹配不超過正或負5%(且假如輸入至一個設備之電力係減少一特定量，例如50%，則個別的電流量係仍然不超過5%)。
於根據本發明之某些實施例中，一或多個(一個特定群組)參考固態光發射器及一或多個(用於該群組之)一或多個對應的參考感測器係設置於一個參考室內，其係與任何除了該(或該些)一個或多個參考固態光發射器之外的元件所發射之光實質上隔離。
於某些如此之實施例中，該參考室係高度非可吸收光的。熟習本項技術者係熟悉且可取得且能夠製造廣泛種類的如此之室。舉例而言，如此之室係能夠包含一個整合球體(其對於熟習本項技術者而言係眾所周知)，及/或能夠包含以Furukawa(一家日本公司)行銷之材料塗佈(或由其構成)之牆，該材料係在MCPET之下，裝以氧化鈦、硫酸鋇或許多不同的陶瓷配方的紙。
如上文所述，於根據本發明之某些實施例中，其係提供至少一個紫外光減少元件，其係設置於一個特定群組之一或多個參考固態光發射器及一或多個用於該群組之對應參考感測器之間，藉此，假如紫外光係由該參考固態光發射器發射，到逹該參考感測器之紫外光的強度係減少(相對於該參考固態光發射器所發射之紫外光的強度)。熟習本項技術者係熟悉且能夠取得廣泛種類之如此的紫外光減少裝置。於某些如此之實施例中，該紫外光減少裝置(或濾光器)於480奈米及630奈米之間係實質上透明的，而於此範圍之外作衰減，熟習本項技術者係熟悉且能夠取得如此之裝置。
於根據本發明之某些實施例中，一或多個參考感測器係裝設於一個感測器裝設結構上。熟習本項技術者係熟悉許多種類之能夠使用於如此之裝設結構之結構。於某些如此之實施例中，該感測器裝設結構係與由該一或多個群組(非參考)固態光發射器所產生之熱熱隔離。
於根據本發明之某些實施例中，其係提供至少一個散熱結構，其係與至少一個參考感測器作熱連通。熟習本項技術者係熟悉許多種類之散熱結構及材料，且係能夠容易地選擇一個適合的結構及材料。舉例而言，該散熱結構係能夠包含一或多個突出物(例如，散熱片)。於某些如上之實施例中，一或多個參考感測器係裝置於一個感測器裝置結構上，且該散熱結構係裝設於該感測器裝設結構上。
於根據本發明之某些實施例中，一個第一參考感測器及一個第二參考感測器(其係可以與該第一參考感測器隔離)係皆裝設於一個單一感測器裝設結構上。
於根據本發明之某些實施例中，一個第一參考感測器係裝設於一個感測器結構之一個第一側上，且一個散熱結構係裝設於該感測器裝設結構之一個第二側上。於某些如此之實施例中，該感測器裝設結構之該第一側係與該感測器裝設結構之該第二側為對面的。
於根據本發明之某些實施例中，一(或多個)參考固態光發射器係裝設於一個發射器裝設結構上，且一(或多個)對應的固態光發射器係亦裝設於該發射器裝設結構上。於某些如此之實施例中，該參考固態光發射器係裝設於該發射器裝設結構之一個第一側上，且該固態光發射器係裝設於該發射器裝設結構之一個第二側上(於某些如此之裝置中，該發射器裝設結構之該第一側係與該發射器裝設結構之該第二側為對面的)。
熟習本項技術者係熟悉適合使用作為該發射器裝設結構之許多種類之材料。於某些實施例中，該發射器裝設結構係具有一個相當低的熱阻，例如，不超過500℃/W。
本發明之照明裝置係可以用任何所欲求的方式被配置，安裝並且供應電力，並且可以安裝在任何所欲求的外殼或是設備上。本技術領域具有通常知識者應熟悉許多種不同的配置方式，安裝體系，電源供應裝置，外殼以及設備，以及任何此種配置，體系，設備，外殼以及設備可以與本發明相關而使用。本發明之照明裝置可以電氣連接(或是選擇性的連接)至任何所欲求的電源，熟悉本技術領域之人員應對許多此種電源非常了解。
於根據本發明之某些實施例中，電力係透過一或多條電源線而提供給該一或多個固態光發射器及/或該一或多個參考固態光發射器。
舉例而言，根據本發明之一個代表性實施例係包含一個第一群組固態光發射器、一個第二群組固態光發射器、一個第一群組參考固態光發射器、一個第二群組參考固態光發射器。該裝置係包含一個第一電源線及一個第二電源線。該第一電源線係直接或選擇性地電連接至一個第一數量第一群組固態光發射器及一個第二數量第二群組固態光發射器。舉例而言，所有該第一群組固態光發射器及該第一群組參考固態光發射器係能夠電連接至該第一電源線(且該第二群組固態光發射器及該第二群組參考固態光發射器無任一個係電連接至該第一電源線)，且所有該第二群組固態光發射器及該第二群組參考固態光發射器係能夠電連接至該第二電源線(且該第一群組固態光發射器及該第一群組參考固態光發射器無任一個係電連接至該第二電源線)。
於本文之於一個裝置內的兩個構件係“電連接”之敘述，例如一個電源線係直接或選擇性地電連接至一或多個固態發光二極體，係意謂電流係能夠透過該電源線而提供給該固態發光二極體，或者本發明之一個照明裝置係電連接(或選擇性地連接)至任何期望的電源之敘述係意謂電流係能夠由該電源提供給該照明裝置。於上文之“選擇性地”一詞係指示該電連接係能夠選擇性地被斷接，例如，藉由將該電源線上一個開關開路而實施。上述之任一個表示法，亦即“電連接”或“選擇性地電連接”，係涵蓋一個開關或其他裝置能夠被調整以調整流經該裝置或該裝置之一部分的電流的大小之裝置，亦即，不僅僅為將電源打開或關閉。
所有適用於本發明之照明裝置之配置、裝設可見光源之體系、供應電力至照明裝置之設備、照明裝置之外殼、照明裝置之設備以及照明裝置之電力供應之代表性範例係描述於：美國專利申請案第60/752,753號，於2005年12月21日申請，名稱為”照明裝置”(發明者：Gerald H.Negley、Antony Paul van de Ven以及Neal Hunter)，該案整體在此以引用方式併入，以及美國專利申請案第60/798,446號，於2006年5月5日申請，名稱為”照明裝置”(發明者：Antony Paul van de Ven；代理人案號931_008)，該案整體在此以引用方式併入。
於根據本發明之照明裝置的某些實施例中，其係進一步包含一或多個電流限制裝置，其係限制能夠被放置經過該(或每一個)固態光發射器之電流的最大量，以防止或避免過熱或災難的失誤。如此之電流限制裝置係能夠設置於複數個連接至複數個固態光發射器之電源線之每一個之中，或者能夠設置於一個饋送複數個連接至個別固態光發射器之個別電源線的之電源線之中。熟習本項技術者係熟悉許多種類如此之構件，例如，電阻器，其係能夠使用於限制電流，及能夠被使用於根據本發明之如此裝置之任何如此的構件。
於根據本發明之照明裝置的某些實施例中，其係進一步包含至少一個電流感測器，其(或感測器之每一個)係感測提供給一或多個固態光發射器之電流。如上文所示，經由時間之經過，該些固態光發射器係具有進行亮度減少的趨勢。根據本發明，如此之減少係，於某些情況下係藉由增加提供給受影響之固態光發射器之電流，而被偵測及準確地補償。藉由感測提供給一或多個固態光發射器之電流，偵測該一或多個如此之固態光發射器何時要求如此之升高的電流係可能的。因為一或多個理由，更換該(或該些)固態光發射器係適合的。於根據本發明之某些實施例中，其係進一步提供一個發訊元件，其係在如此之感測電流逹到一個臨限值(亦即，係為至少一個最小電流值)之情況下，提供一個訊號，其係指示更換該適合的固態光發射器係適合的。
根據本發明之該些照明裝置係能夠包含一個單一群組固態光發射器，其係發射具有任何期望色彩之主要波長及/或能夠包含複數群組具有不同色彩及/或不同相關色彩溫度之固態光發射器的光。此外，任何其他光發射器係能夠另外地包含於根據本發明之該些照明裝置之中。再者，根據本發明之照明裝置係能夠被使用於與任何其他期望的照明裝置結合，包含具有任何型式之光發射器(亦即，包含白熾光照明，螢光照明等等)。
如上文所述，根據本發明之照明裝置係能夠提供所有或部分牽涉到例如具有期望(x,y)色彩演色性座標之光源的色彩“混合”的光。舉例而言，根據本發明之照明裝置係能夠被使用於提供所有或部分牽涉到混合之光係描述於：(1)於2005年12月21日所提出申請之美國專利申請案號60/752,555，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Antony Paul van de Ven與Gerald H.Negley)，其整個內容在此併入參考；(2)於2006年4月20日所提出申請之美國專利申請案號60/793,524，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Gerald H.Negley與Antony Paul van de Ven)，其整個內容在此併入參考；(3)於2006年4月20日所提出申請之美國專利申請案號60/753,518，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Gerald H.Negley與Antony Paul van de Ven)，其整個內容在此併入參考；(4)於2006年4月20日所提出申請之美國專利申請案號60/793,530，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Gerald H.Negley與Antony Paul van de Ven)，其整個內容在此併入參考；(5)於2007年5月8日所公告之美國專利案7,213,940，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Antony Paul van de Ven與Gerald H.Negley；代理人文件案號931_035 NP)，其整個內容在此併入參考；以及(6)於2006年12月1日所提出申請之美國專利申請案號60/868,134，其標題名稱為“照明裝置及照明方法”(發明人：Antony Paul van de Ven與Gerald H.Negley；代理人文件案號931_035 PRO)，其整個內容在此併入參考。
另外的色彩特定組合之代表性範例係包含：(7)包含黃白發光二極體燈及紅色發光二極體之照明裝置；(8)包含綠白發光二極體燈及紅色發光二極體之照明裝置；(9)包含白色發光二極體燈、青綠色發光二極體及紅色發光二極體之照明裝置；及(10)包含紅色發光二極體、綠色發光二極體及藍色發光二極體之照明裝置。
除了能夠放射出光線之外，在此所用的術語”照明裝置”並無限制。換言之，照明裝置能夠是一種照亮區域或容積(例如，房間、游泳池、倉庫、指示燈、道路、車輛、道路標誌、廣告牌、船艦、輪船、航空器、運動場、樹木、窗戶、工場等等)之裝置、一種指示燈、或者照亮圍場之裝置或裝置陣列、或者用於邊緣或背光(例如，背光佈告、招牌、LCD顯示器)之裝置、或者任何一種其他之發光裝置。
本發明係進一步關於一種發光外殼(其之體積係能夠均勻地或非均勻地照射)，其係包含一個包封的空間及至少一個根據本發明之照明裝置，其中，該照明裝置係(均勻地或不均勻地)照明該外殼之至少一部分。
如上文所述，於本發明之一個第二態樣中，其係提供一種照明之方法，其係包含：提供一個第一電流大小的電流至一個第一群組固態光發射器；提供實質上第一電流大小的電流至一個第一群組參考固態光發射器；及偵測自該第一群組參考固態光發射器而來的光的強度。
“提供實質上第一電流大小的電流”詞語係意謂個別電流量係全部不超過5%或者電流係為比例化的，其係在於一電流內的一個百分比變動係與另一個電流內一個百分比係匹配不超過正或負5%(且假如輸入至一個設備之電力係減少一特定量，例如50%，則個別的電流量係仍然不超過5%)。
於本發明之此態樣中，該第一群組固態光發射器係包含至少一個第一群組固態光發射器。該第一群組固態光發射器及該第一群組參考固態光發射器(1)每一個係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.010，且於某些情況下，於該1976 CIE圖上不超過0.005，及/或(2)每一個係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內。
於根據本發明之此態樣的某些實施例中，該方法係進一步包含：調整提供至一個第二群組固態光發射器及至該第二群組參考固態光發射器之電流至一個第二電流大小，例如，當由一個感測器偵測出之該第一群組參考固態光發射器之強度係減少時。
於根據本發明之此態樣之某些實施例中，該方法係進一步包含：感測該第二電流大小，且假如該第二電流大小係逹到一個特定值(例如，指示該第一群組參考固態光發射器係需要被更換之事實)，則發射一個訊號。
於本發明之一個態樣中，其係提供一種照明裝置，其係包含至少一個第一群組固態光發射器、一個第二群組固態光發射器(每一個群組係包含至少一個固態光發射器)、至少一個第一群組參考固態光發射器及至少一個第二群組參考固態光發射器。於本發明之此態樣中，該第一群組參考固態光發射器及該第二群組參考固態光發射器係產生一個組合參考亮度，其係由一個第一群組－第二群組組合亮度參考感測器。於此態樣中，該裝置內至少一個感測器係感測不同群組(色彩)固態光發射器之一個組合。舉例而言，於某些實施例中，其係提供設備，其係結合紅色發光二極體及黃綠白色發光二極體燈於一個單一群組(一個“粉紅色”串發光二極體)之中，其係由相同的電流以及其他具有實質上相同色彩之群組(串)所控制。於此情況下，結合的參考發光二極體群組係應該含有至少一個不同型式(色彩)之發光二極體。為了確保自該參考群組內發光二極體之每一個色彩而來的光的比例係等於該發光群組內色彩之比例，一個衰減濾波器(例如，一個中性灰色色彩)係能夠被設置用於該參考群組內至少一個發光二極體型式。一種及第二種衰減光之型式的組合係照射至該感測器，且係表示為發光群組之發光所發射之光的亮度及色彩。
圖1顯示根據本發明之一個照明裝置10的一個第一實施例。參照圖1，該照明裝置10係包含複數個第一群組固態光發射器11(具有第一主要波長之發光二極體)，複數個第二群組固態光發射器12(具有第二主要波長之發光二極體)及複數個第三群組固態光發射器13(具有第三主要波長之發光二極體)。該照明裝置10係進一步包含一個第一參考感測器20。
圖2係為根據本發明之一個第二實施例的一個電氣示意圖。
圖3係為根據本發明之一個第三實施例的一個電氣示意圖。
於本文所敘述之該些照明裝置之任兩個或更多個結構部分係能夠被整合。於本文所敘述之該些照明裝置之任何結構部分係能夠被設置於兩個或更多個部分之內(假如有需要，其係保存在一起)。類似地，任兩個或更多個功能係能夠同時被實施，及/或任何功能係能夠以一序列步驟實施。
10．．．照明裝置
11．．．第一群組固態光發射器
12．．．第二群組固態光發射器
13．．．第三群組固態光發射器
20．．．第一參考感測器
圖1顯示根據本發明之一個照明裝置10的一個第一實施例。
圖2係為根據本發明之一個第二實施例的一個電氣示意圖。
圖3係為根據本發明之一個第三實施例的一個電氣示意圖。
11．．．第一群組固態光發射器
12．．．第二群組固態光發射器
13．．．第三群組固態光發射器
20．．．第一參考感測器

Claims (7)

  1. 一種照明裝置，其係包含：一個第一群組固態光發射器，該第一群組固態光發射器係包含至少一個第一群組固態光發射器，該第一群組固態光發射器之每一個(1)係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，及/或(2)係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內；至少一個第一群組參考固態光發射器，該第一群組參考固態光發射器(1)係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與該第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，及/或(2)係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內；一個第一參考感測器，其係偵測該第一群組參考固態光發射器之強度。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其係進一步包含至少一個其他光發射器。
  3. 一種照明之方法，其係包含：提供一個具有一個第一電流大小的電流至一個第一群組固態光發射器，該第一群組固態光發射器係包含至少一個第一群組固態光發射器，該第一群組固態光發射器之每一個(1)係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，及/或(2)係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內；提供具有實質上第一電流大小的電流至一個第一群組參考固態光發射器，該第一群組參考固態光發射器(1)係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，及/或(2)係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內；及偵測自該第一群組參考固態光發射器而來的光的強度。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其係進一步包含調整提供至該第一群組固態光發射器及至該第一群組參考固態光發射器之電流至一個第二電流大小。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其係進一步包含感測該第二電流大小。
  6. 如申請專利範圍第3項之方法，其係進一步包含提供一個具有第二電流大小的電流至一個第二群組固態光發射器，該第二群組固態光發射器係包含至少一個第二群組固態光發射器，該第二群組固態光發射器之每一個(1)係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，及/或(2)係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內；提供具有實質上第二電流大小的電流至一個第二群組參考固態光發射器，該第二群組參考固態光發射器(1)係具有一個亮度，其係對應於該1976 CIE圖上之一個點，其係與一個第一群組點距離一個距離，使得相對於該第一群組點之△u’,v’係於該1976 CIE圖上不超過0.015，及/或(2)係具有一個前向電壓溫度相關，其係於一個第一群組前向電壓溫度相關之5%之內。
  7. 如申請專利範圍第3項之方法，其係進一步包含減少自該第一群組參考固態光發射器到逹該第一參考感測器之紫外光的強度。
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